JPH02197764A - Cryogenic refrigerator - Google Patents

Cryogenic refrigerator

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Publication number
JPH02197764A
JPH02197764A JP1708689A JP1708689A JPH02197764A JP H02197764 A JPH02197764 A JP H02197764A JP 1708689 A JP1708689 A JP 1708689A JP 1708689 A JP1708689 A JP 1708689A JP H02197764 A JPH02197764 A JP H02197764A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
displacer
stroke
expansion chamber
pressure
electromagnet
Prior art date
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Pending
Application number
JP1708689A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Hiroyasu
誠 廣保
Shuji Fujimoto
修二 藤本
Tadashi Ogura
小倉 正
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02197764A publication Critical patent/JPH02197764A/en
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Abstract

PURPOSE:To increase the P-V indicated capacity of a cryogenic refrigerator by fixing a displacer with a stroke end on a suction stroke or on an expansion stroke based on magnetic force produced by an electromagnet. CONSTITUTION:During the operation of a cryogenic refrigerator, for example, when refrigerant gas is supplied and a displacer is under-going a rising stroke from a falling stroke, an electromagnet 16 is charged with electricity, thereby attracting a magnet 15a mounted with the displacer 3 and fixedly holding the displacer 3 with the falling stroke end. When the gas pressure in an expansion chamber indicates the maximum value, the power supply to the electromagnet 16 is halted, thereby moving upward the displacer 3. On the other hand, during the stroke in which the displacer 3 falls from the rising stroke end, the electromagnet 16 is energized and a magnet 15b is attracted so that the displacer 3 may be fixed with the stroke end. Then, the gas in the expansion chamber 5 is discharged there from. When the gas pressure drops to the lowest value, the electromagnet 16 is demagnetized and the displacer 3 is moved downward.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、冷媒ガスのガス圧によりディスプレサ(置換
器)をシリンダ内で往復動させて、そのシリンダ内膨張
室での冷媒ガスの膨張により寒冷を(44る極低温冷凍
機に関し、特に、ディスプレーサが膨張室と中間圧室と
の圧力差によって駆動されるようにしたものの改良に関
する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention reciprocates a displacer within a cylinder using the gas pressure of refrigerant gas, and expands the refrigerant gas in an expansion chamber within the cylinder. The present invention relates to a cryogenic refrigerator that achieves cold cooling (44), and particularly relates to an improvement in which a displacer is driven by a pressure difference between an expansion chamber and an intermediate pressure chamber.

(従来の技術) 従来より、高圧の冷媒ガスをシリンダ内で膨張させて寒
冷を発生させる膨張機を有する極低温冷凍機として、例
えば特開昭59−32757号公報等に開示されている
ように、冷媒ガスとしてのヘリウムガスを圧縮する圧縮
機と、その圧縮されたガスを膨張させる膨張機とを冷媒
配管によって接続してなり、切換バルブの切換えにより
上記圧縮機の吐出側及び吸入側を膨張機のシリンダ内膨
張室に交互に連通させるとともに、この膨張室と11間
圧室との圧力差によりシリンダ内でディスプレーサ(置
換器)を往復駆動してヘリウムガスを膨張させることに
より、寒冷を発生させるようにしたタイプのものは知ら
れている。
(Prior Art) Conventionally, as a cryogenic refrigerator having an expander that expands high-pressure refrigerant gas in a cylinder to generate cold, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-32757, etc. , a compressor that compresses helium gas as a refrigerant gas and an expander that expands the compressed gas are connected by refrigerant piping, and the discharge side and suction side of the compressor are expanded by switching the switching valve. The helium gas is alternately communicated with the expansion chamber in the cylinder of the machine, and the pressure difference between this expansion chamber and the 11-pressure chamber causes a displacer to reciprocate within the cylinder to expand the helium gas, thereby generating cold. Types that allow this to occur are known.

(発明が解決しようとする課題) ところが、この従来の冷凍機においては、例えばディス
プレーサがシリンダの下降ストロークエンドにある状態
で膨張室に冷媒ガスが導入されて吸気行程に移行する場
合、膨張室のガス圧力が中間圧室の圧力よりも高くなる
とディスプレーサが上昇し始めるため、第2図で破線に
て示すように、膨張室の体faVが増加しながら圧力P
が増大する。
(Problem to be Solved by the Invention) However, in this conventional refrigerator, for example, when refrigerant gas is introduced into the expansion chamber and transitions to the intake stroke with the displacer at the end of the downward stroke of the cylinder, the expansion chamber is When the gas pressure becomes higher than the pressure in the intermediate pressure chamber, the displacer starts to rise, so as the body faV in the expansion chamber increases and the pressure P
increases.

一方、ディスプレーサが上昇ストロークエンドにある状
態で膨張室内の冷媒ガスが排出されて膨張行程に移行す
る場合、膨張室のガス圧力が中間圧室の圧力よりも低く
なるとディスプレーサが下降移動を開始するので、同様
に図示の如く膨張室の体積Vが減少しながら圧力Pが低
下する。このため、膨張室における圧力Pと体積Vとに
よって示されるいわゆるP−■図示能力が低いという問
題があった。
On the other hand, when the refrigerant gas in the expansion chamber is discharged and the displacer moves to the expansion stroke while the displacer is at the end of its upward stroke, the displacer starts moving downward when the gas pressure in the expansion chamber becomes lower than the pressure in the intermediate pressure chamber. Similarly, as shown in the figure, the pressure P decreases while the volume V of the expansion chamber decreases. For this reason, there was a problem in that the so-called P-■ indicating ability, which is indicated by the pressure P and volume V in the expansion chamber, was low.

本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は
、膨張室内のガス圧が上昇する行程及び低下する行程で
ディスプレーサをストロークエンドに固定保持する手段
を講することにより、膨張室の圧力の上昇又は低下が終
了した後に初めてディスプレーサを移動させるようにし
て、極低温冷凍機のP−■図示能力を増大させるように
することにある。
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to fix the displacer at the stroke end during the stroke in which the gas pressure in the expansion chamber increases and in the stroke to decrease. The purpose of the present invention is to increase the P-■ indicating capacity of the cryogenic refrigerator by moving the displacer only after the pressure has finished increasing or decreasing.

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明の解決手段は、電磁
石による磁力により吸気行程又は膨張行程でディスプレ
ーサをストロークエンドに固定保持することとする。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the solving means of the present invention fixes and holds the displacer at the stroke end during the intake stroke or expansion stroke by the magnetic force of an electromagnet.

すなわち、具体的には、請求項(1)記載の発明では、
第1図又は第3図に示すように、シリンダ(2)と、該
シリンダ(2)内に往復動可能に嵌装され、大径部(3
a)及び小径部(3b)をHするディスプレーサ(3)
と、該ディスプレーサ(3)の大径部(3a)により区
画形成された膨張室(5)と、ディスプレーサ(3)の
小径部(3b)により区画形成され、所定の中間圧力を
有する中間圧室(7)とを備え、圧縮機から供給された
冷媒ガスをシリンダ(2)内の膨張室(5)に給排して
、その膨張室(5)と中間圧室(7)との圧力差により
ディスプレーサ(3)を往復動させるとともに、膨張室
(5)での冷媒ガスの膨張によりシリンダ(2)の下部
に極低温レベルの寒冷を発生させるようにした極低温冷
凍機において、上記ディスプレーサ(3)に磁石(IG
)又は磁心材料を設ける。
That is, specifically, in the invention described in claim (1),
As shown in FIG. 1 or 3, a cylinder (2), a large diameter portion (3
a) and a displacer (3) for Hinging the small diameter portion (3b)
, an expansion chamber (5) defined by the large diameter portion (3a) of the displacer (3), and an intermediate pressure chamber defined by the small diameter portion (3b) of the displacer (3) and having a predetermined intermediate pressure. (7), which supplies and discharges the refrigerant gas supplied from the compressor to the expansion chamber (5) in the cylinder (2), and the pressure difference between the expansion chamber (5) and the intermediate pressure chamber (7). In a cryogenic refrigerator, the displacer (3) is reciprocated by the displacer (3), and cold at a cryogenic level is generated in the lower part of the cylinder (2) by expansion of refrigerant gas in the expansion chamber (5). 3) Attach a magnet (IG
) or provide a magnetic core material.

一方、シリンダ(2)には上記膨張室(5)内のガス圧
が上昇する行程及び低下する行程にあるときそれぞれ励
磁により上記磁石(15)又は磁心材料を吸引する電磁
石(16)を設け、この電磁石(IG)の磁石(15)
又は磁心材料の吸引力によりディスプレーサ(3)をス
トロークエンドに保持するように構成する。
On the other hand, the cylinder (2) is provided with an electromagnet (16) that attracts the magnet (15) or the magnetic core material by excitation when the gas pressure in the expansion chamber (5) is in an increasing stroke and a decreasing stroke, respectively; This electromagnet (IG) magnet (15)
Alternatively, the displacer (3) is configured to be held at the stroke end by the attractive force of the magnetic core material.

また、請求項(2)記載の発明では、第4図に示す如く
、上記と同様の構成の極低温冷凍機において、上記シリ
ンダ(2)及びディスプレーサ(3)にはそれぞれ電磁
石(17)、 (18)を設け、これら両7代磁石(1
7)、 (18)を、膨張室(5)内のガス圧か上昇す
る行程及び低下する行程にあるときに励磁により互いに
吸引させ又は反発させてディスプレーサ(3)をストロ
ークエンドに保持するように!1■成する。
Further, in the invention as claimed in claim (2), as shown in FIG. 18), and these both seventh generation magnets (1
7) and (18) are made to attract or repel each other by excitation when the gas pressure in the expansion chamber (5) is in an increasing stroke and a decreasing stroke to hold the displacer (3) at the stroke end. ! 1 ■ Make.

(作用) 上記の!M成により、請求項(1)記載の発明では、極
低温冷凍機の作動時、シリンダ(2〉の膨張室(5)に
冷媒ガスが給排され、この膨張室(5)のガス圧と中間
圧室(7)の圧力との差圧によりディスプレーサ(3)
がシリンダ(2)内で往復移動する。そして、例えば膨
張室(5)に冷媒ガスが供給されてディスプレーサ(3
)が下降ストロークエンドから上昇する行程では、電磁
石(16)が通電により励磁され、この励磁された電磁
石(16)によりディスプレーサ(3)の磁石(15)
又は磁心材料が吸引されてディスプレーサ(3)が下降
ストロークエンドに固定保持される。そして、このディ
スプレーサ(3)の固定保持は膨張室(5)内のガス圧
が最大圧力に1胃するまで継続され、膨張室(5)の圧
力が最大になった後は電磁石(16)への通電が停止さ
れて消磁され、その磁石(15)又は磁心材料に対する
吸引力かなくなってディスプレーサ(3)が上昇移動す
る。一方、ディスプレーサ(3)が上昇ストロークエン
ドから下降する行程では、膨張室(5)内の冷媒ガスが
排出され、そのとき、電磁石(16)が励磁される。こ
の電磁石(16)の励磁によりデイスプレサ(3)がス
トロークエンドに固定保持される。
(effect) Above! Due to the M configuration, in the invention described in claim (1), when the cryogenic refrigerator is operated, refrigerant gas is supplied to and discharged from the expansion chamber (5) of the cylinder (2>), and the gas pressure in the expansion chamber (5) and Displacer (3) due to the pressure difference between the pressure in the intermediate pressure chamber (7) and the pressure in the intermediate pressure chamber (7).
moves back and forth within the cylinder (2). For example, refrigerant gas is supplied to the expansion chamber (5) and the displacer (3)
) rises from the end of the downward stroke, the electromagnet (16) is energized by electricity, and this excited electromagnet (16) causes the magnet (15) of the displacer (3) to move upward.
Alternatively, the magnetic core material is attracted and the displacer (3) is fixedly held at the end of the downward stroke. The fixation of the displacer (3) continues until the gas pressure in the expansion chamber (5) reaches the maximum pressure, and after the pressure in the expansion chamber (5) reaches the maximum, the displacer (3) is held fixed by the electromagnet (16). The displacer (3) moves upward as the magnet (15) or the magnetic core material loses its attractive force. On the other hand, in the stroke in which the displacer (3) descends from the end of its upward stroke, the refrigerant gas in the expansion chamber (5) is discharged, and at this time, the electromagnet (16) is excited. The excitation of the electromagnet (16) fixes and holds the displacer (3) at the stroke end.

そして、膨張室(5)内のガス圧が最低圧力に低下する
と、電磁石(lG)が消磁されてディスプレーサ(3)
が下降移動する。こうしてディスプレーサ(3)がスト
ロークエンドに固定保持される結果、冷凍機のP−■図
示能力を増大させることができる。
Then, when the gas pressure in the expansion chamber (5) drops to the lowest pressure, the electromagnet (lG) is demagnetized and the displacer (3)
moves downward. As a result of the displacer (3) being fixedly held at the stroke end, the P-■ indicating capacity of the refrigerator can be increased.

また、請求項(2記載の発明では、ディスプレーサ(3
)が吸気行程及び膨張行程では、両型磁石(17)、 
(18)が通電されて励磁され、その磁力により互いに
吸引又は反発してディスプレーサ(3)がストロークエ
ンドに固定されることとなり、よって同様に冷凍機のP
−■図示能力を増大させることができる。
Further, in the invention according to claim (2), the displacer (3
) during the intake stroke and expansion stroke, both types of magnets (17),
(18) are energized and excited, and their magnetic force attracts or repels each other, and the displacer (3) is fixed at the stroke end.
- ■Illustration ability can be increased.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図は本発明の一実施例に係るヘリウム冷凍機(A)
の11■成を概略的に示し、この冷凍機(A)は冷媒ガ
スとしてのヘリウムガスを圧縮する図外の圧縮機と、該
圧縮機により圧縮された高圧ヘリウムガスをサイモン膨
張させる膨張機(1)とからなる。この膨張機(1)は
、下側の大径部(2a)と上側の小径部(2b )とか
らなる2段構造の密閉円筒状のシリンダ(2)を備え、
このシリンダ(2)の上端には球状部(2c)が連設さ
れている。
Figure 1 shows a helium refrigerator (A) according to an embodiment of the present invention.
This refrigerator (A) includes a compressor (not shown) that compresses helium gas as a refrigerant gas, and an expander (not shown) that performs Simon expansion of the high-pressure helium gas compressed by the compressor. 1). This expander (1) includes a closed cylindrical cylinder (2) with a two-stage structure consisting of a lower large diameter part (2a) and an upper small diameter part (2b),
A spherical portion (2c) is connected to the upper end of the cylinder (2).

また、」二足シリンダ(2)内にはディスプレーサ(3
)が往復動可能に嵌装されている。このディスプレーサ
(3)は、シリンダ(2)の大径部(2a)内を気密可
能にjn動する密閉円筒状の大径部(3a)と、該大径
部(3a)上端に一体に連設され、シリンダ(2)の小
径部(2b)内を気密可能に摺動する密閉円筒状の小径
部(3b)とからなり、このディスプレーサ(3)の大
径部(3a)によりシリンダ(2)の大径部(2a)内
に上側室(4)と下側の膨張室(5)とが区画形成され
ている。また、小径部(3b)によりシリンダ(2)の
小径部(2b)内に室(6)が、球状部(2C)内に密
閉状の中間圧室(7)がそれぞれ区画形成されており、
この中間圧室(7)内の圧力は、吸気行程で圧縮機から
ヘリウムガスが導入されたときの膨張室(5)のガス圧
よりも低く、かつ膨張行程でヘリウムガスが圧縮機の吸
入側に排出されたときの膨張室(5)のガス圧よりも高
く設定されている。
Also, inside the bipedal cylinder (2) is a displacer (3).
) is fitted so that it can reciprocate. This displacer (3) has a large diameter part (3a) in the shape of a sealed cylinder that moves airtightly within the large diameter part (2a) of the cylinder (2), and is integrally connected to the upper end of the large diameter part (3a). The small diameter part (3b) of the cylinder (2) is installed in a closed cylindrical shape and slides in the small diameter part (2b) of the cylinder (2) in an airtight manner. ), an upper chamber (4) and a lower expansion chamber (5) are defined within the large diameter portion (2a). Further, a chamber (6) is defined in the small diameter part (2b) of the cylinder (2) by the small diameter part (3b), and a closed intermediate pressure chamber (7) is defined in the spherical part (2C), respectively.
The pressure in this intermediate pressure chamber (7) is lower than the gas pressure in the expansion chamber (5) when helium gas is introduced from the compressor during the intake stroke, and the helium gas is introduced into the suction side of the compressor during the expansion stroke. The gas pressure is set higher than the gas pressure in the expansion chamber (5) when the gas is discharged.

また、上記ディスプレーサ(3)の大径部(3a)内に
は空洞部(8)が形成され、この空洞部(8)は上記室
(6)に対し小径部(3b)に貫通形成した連通路(9
)を介して、また膨張室(5)に対し連通孔(10)を
介してそれぞれ常時連通されているとともに、上記連通
路(9)は通路(11)を介して上記上側室(4)に連
通しており、上記空洞部(8)内には蓄冷型熱交換器か
らなる蓄冷器(12)が収容されている。
Further, a cavity (8) is formed in the large diameter part (3a) of the displacer (3), and this cavity (8) is connected to the chamber (6) by penetrating the small diameter part (3b). Passage (9
) and the expansion chamber (5) through the communication hole (10), and the communication passage (9) is connected to the upper chamber (4) through the passage (11). A regenerator (12) consisting of a regenerator type heat exchanger is housed in the cavity (8).

上記シリンダ(2)の小径部(21i)にはその内部の
室(6)に常時連通ずるガス給排ポー1−(1,3)が
開口され、このガス給排ポート(13)には冷媒配管(
14)の一端が接続され、この冷媒配管(14)の他端
は、図示しないが高圧配管及び低圧配管に分岐されてそ
れぞれ上記圧縮機の吐出側及び吸入側に接続されている
。そして、上記高圧配管には高圧バルブが、低圧配管に
は低圧バルブがそれぞれ配設されており、この高圧及び
低圧バルブを交互に開閉してシリンダ(2)の膨張室(
5)に冷媒ガスを給排し、高圧バルブを開きかつ低圧バ
ルブを閉じたときには、圧縮機から吐出された高圧ヘリ
ウムガスを冷媒配管(14)、ガス給排ポート(13)
、室(6)及びディスプレーサ(3)内の蓄冷器(12
)を介してシリンダ(2)内の膨張室(5)に導入充填
することにより、膨張室(5)のガス圧を上昇させてそ
の中間圧室(7)との圧力差によりディスプレーサ(3
)を上昇移動させる。一方、その後、逆に低圧バルブを
開きかつ高圧バルブを閉じたときには、膨張室(5)を
蓄冷器(12)、室(6)、ガス給排ポート(13)及
び冷媒配管り14)を介して圧縮機の吸入側に連通させ
ることにより、膨張室(5)内のヘリウムガスを排出し
て膨張室(5)のガス圧を中間圧室(7)よりも低くし
、その中間圧室(7)とのガス圧の差によりディスプレ
ーサ(3)を下降移動させ、このディスプレーサ(3)
の昇降移動サイクルに伴うヘリウムガスの膨張により、
シリンダ(2)の大径部(2a)下端にそれぞれ極低?
Hレベルの寒冷を発生させるように(IX1成されてい
る。
A gas supply/discharge port 1-(1, 3) is opened in the small diameter portion (21i) of the cylinder (2), and is always in communication with the internal chamber (6). Piping(
14), and the other end of the refrigerant pipe (14) is branched into a high pressure pipe and a low pressure pipe (not shown) and connected to the discharge side and suction side of the compressor, respectively. A high-pressure valve is installed in the high-pressure pipe, and a low-pressure valve is installed in the low-pressure pipe, and the high-pressure and low-pressure valves are alternately opened and closed to open and close the expansion chamber of the cylinder (2).
5), when the high pressure valve is opened and the low pressure valve is closed, the high pressure helium gas discharged from the compressor is transferred to the refrigerant pipe (14) and the gas supply and discharge port (13).
, the regenerator (12) in the chamber (6) and the displacer (3).
) is introduced and filled into the expansion chamber (5) in the cylinder (2), thereby increasing the gas pressure in the expansion chamber (5) and causing the displacer (3
) to move upward. On the other hand, when the low pressure valve is opened and the high pressure valve is closed, the expansion chamber (5) is connected to the regenerator (12), the chamber (6), the gas supply/discharge port (13), and the refrigerant piping 14). By communicating with the suction side of the compressor, helium gas in the expansion chamber (5) is discharged and the gas pressure in the expansion chamber (5) is made lower than that in the intermediate pressure chamber (7). The displacer (3) is moved downward due to the gas pressure difference between the displacer (3) and the displacer (3).
Due to the expansion of helium gas during the vertical movement cycle of
Is it extremely low at the lower end of the large diameter part (2a) of the cylinder (2)?
It is designed to generate H-level cold (IX1).

さらに、本発明の特徴として、上記ディスプレーサ(3
)の小径部(3b)には上下1対の永久磁石(15a)
 、  (1,5b)がほぼディスプレーサ(3)の昇
降ストロークと同じ間隔をあけて取り付けられている。
Furthermore, as a feature of the present invention, the displacer (3
) has a pair of upper and lower permanent magnets (15a) in the small diameter part (3b).
, (1, 5b) are attached at approximately the same interval as the vertical stroke of the displacer (3).

尚、この磁石(15a) 、 (15b)に代えて磁心
材料としてもよい。
Incidentally, the magnets (15a) and (15b) may be replaced with a magnetic core material.

また、シリンダ(2)の小径部(2b)外周には電磁石
(16)が固定され、この電磁石(IG)は、ディスプ
レーサ(3)が昇降ストロークの略中央位置にあるとき
の上下磁石(15a) 、  (15b)間の略中央に
対応する位置に配置されている。そして、この電磁石(
IG)は図外の励磁回路に接続されており、ディスプレ
ーサ(3)が下降ストロークエンドにあってシリンダ(
2)内の膨張室(5)のガス圧Pが上昇する行程、及び
ディスプレーサ(3)が上昇ストロークエンドにあって
膨張室(5)のガス圧Pが低下する行程でそれぞれ励磁
回路により電磁石(16)を励磁することにより、電磁
石(1B)で磁石(15a) 、 (15b)を吸引し
てディスプレーサ(3)をストロークエンドに固定保持
するようになされている。
Further, an electromagnet (16) is fixed to the outer periphery of the small diameter portion (2b) of the cylinder (2), and this electromagnet (IG) acts as an upper and lower magnet (15a) when the displacer (3) is at approximately the center position of the vertical stroke. , (15b). And this electromagnet (
IG) is connected to an excitation circuit (not shown), and when the displacer (3) is at the end of the downward stroke and the cylinder (
2), the electromagnet ( 16), the electromagnet (1B) attracts the magnets (15a) and (15b) to fix and hold the displacer (3) at the stroke end.

したがって、上記実施例においては、冷凍機(A)の運
転時、高圧バルブ及び低圧バルブの切換作動によりシリ
ンダ(2)内の膨張室(5)に対するヘリウムガスの給
排が切り換えられ、このガスの給排に伴ってシリンダ(
2)内でディスプレーサ(3)が往復動する。すなわち
、吸気行程の開始時、ディスプレーサ(3)は下降スト
ロークエンドにあり、その小径部(3b)の上側磁石(
15a)はシリンダ(2)外周の電磁石(IG)に対応
した位置にある。この状態から、低圧バルブが閉じ、か
つ高圧バルブが開いたときには、圧縮機から吐出された
常温の高圧ヘリウムガスは冷媒配管(14)及びガス給
排ポート(13)を介して室(8)に導入され、さらに
、この室(6)からディスプレーサ(3)内の連通路(
9)及び蓄冷器(12)を通って膨張室(5)に充填さ
れ、上記蓄冷器(12)を通る間に熱交換によって極低
温まで冷却される。また、上記高圧ヘリウムガスの導入
によって膨張室(5)の圧力Pが上昇する(第2図でI
−IIの行程)。そ【7て、この膨張室(5)のガス圧
Pが高くなる行程では、励磁回路により電磁石(16)
が通電されて励磁され、この励磁された電磁石(16)
により上記ディスプレーサ(3)の上側磁石(15a)
が吸引され、この吸引力によってディスプレーサ(3)
が下降ストロークエンドに固定保持される。そして、上
記膨張室(5)のガス圧Pが最大に達すると、励磁回路
による電磁石(IB)の励磁が解除されてその磁石(1
5a)に対する吸引力がなくなり、膨張室(5)のガス
圧Pが中間圧室(7)よりも高いので、その差圧よりデ
ィスプレーサ(3)が上昇する。そして、このディスプ
レーサ(3)の上昇移動によりその下方の膨張室(5)
の体v1Vが増加して膨張室(5)にさらに高圧ガスが
充填される(同■−■の行程)。
Therefore, in the above embodiment, when the refrigerator (A) is operating, the supply and discharge of helium gas to and from the expansion chamber (5) in the cylinder (2) is switched by switching the high-pressure valve and the low-pressure valve. The cylinder (
2), the displacer (3) reciprocates within it. That is, at the start of the intake stroke, the displacer (3) is at the end of its downward stroke, and the upper magnet (
15a) is located at a position corresponding to the electromagnet (IG) on the outer periphery of the cylinder (2). From this state, when the low pressure valve closes and the high pressure valve opens, the high pressure helium gas at room temperature discharged from the compressor flows into the chamber (8) via the refrigerant pipe (14) and the gas supply/discharge port (13). Furthermore, from this chamber (6) there is a communication path (
9) and the regenerator (12) to fill the expansion chamber (5), and while passing through the regenerator (12), it is cooled to an extremely low temperature by heat exchange. Furthermore, the pressure P in the expansion chamber (5) increases due to the introduction of the high-pressure helium gas (I
-II process). [7] In the stroke where the gas pressure P in the expansion chamber (5) increases, the electromagnet (16) is activated by the excitation circuit.
is energized and excited, and this excited electromagnet (16)
The upper magnet (15a) of the displacer (3)
is attracted, and this suction force causes the displacer (3)
is held fixed at the end of the downward stroke. Then, when the gas pressure P in the expansion chamber (5) reaches the maximum, the excitation of the electromagnet (IB) by the excitation circuit is canceled and the magnet (1
Since the suction force on 5a) is lost and the gas pressure P in the expansion chamber (5) is higher than that in the intermediate pressure chamber (7), the displacer (3) rises due to the differential pressure. The upward movement of this displacer (3) causes an expansion chamber (5) below it.
The body v1V increases and the expansion chamber (5) is further filled with high-pressure gas (steps ①-②).

この後、ディスプレーサ(3)が上昇ストロークエンド
に達すると、その小径部(3b)の下側磁石(15b)
がシリンダ(2)外周の電磁石(IG)に対応した位置
に移動する。そして、このディスプレーサ(3)の上昇
ストロークエンドへの到達後、上記高圧バルブが閉じ、
低圧バルブが開く。このバルブの切換えに1tい、上記
膨張室(5)が低圧側に連通ずるので、該膨張室(5)
内のヘリウムガスがサイモン膨張し、このガス膨張によ
って寒冷が発生する。
After this, when the displacer (3) reaches the end of its upward stroke, the lower magnet (15b) of its small diameter portion (3b)
moves to a position corresponding to the electromagnet (IG) on the outer periphery of the cylinder (2). After the displacer (3) reaches the end of its upward stroke, the high pressure valve closes.
Low pressure valve opens. It takes 1t to switch this valve, and the expansion chamber (5) communicates with the low pressure side, so the expansion chamber (5)
The helium gas inside undergoes Simon expansion, and this gas expansion causes cold temperatures.

この極低温状態となったヘリウムガスは、上記ガス導入
時とは逆に、ディスプレーサ(3)内の蓄冷器(12)
を通って上記室(6)に戻り、その間に蓄冷器([2)
を冷却しながら常温まで暖められる。そして、この常温
のヘリウムガスは室(G)からガス給排ボート(13)
を介して膨張機(1)外に排出され、その後、冷媒配管
(14)を通って圧縮機に流れてそれに吸入される。ま
た、このガス排出に伴い、上記膨張室(5)内のガス圧
Pが低下する(同■→■の行程)。そして、この膨張室
(5)のガス圧Pが低下する行程では、再び励磁回路に
より電磁石(16)が通゛1h励磁され、この電磁石(
16)により上記ディスプレーサ(3)の下側磁石(1
5b)が吸引され、この吸引力によってディスプレーサ
(3)が上昇ストロークエンドに固定保持される。そし
て、上記膨張室(5)のガス圧Pが下限に達すると、励
磁回路による電磁石(16)の励磁が解除されてその磁
石(15b)に対する吸引力がなくなり、ディスプレー
サ(3)は高圧の膨張室(5)と中間圧室(7)との差
圧より下降する。このディスプレーサ(3)の下降移動
により、膨張室(5)の体積Vが減少し、その内部のガ
スが膨張機(1)外にさらに排出される(同IV−1の
行程)。以上により動作の1サイクルが終了し、以後は
上記と同様な動作が繰り返される。
This extremely low-temperature helium gas is transferred to the regenerator (12) in the displacer (3), contrary to when the gas was introduced.
and return to the above chamber (6), during which the regenerator ([2)
can be heated to room temperature while cooling. Then, this room temperature helium gas is transferred from the chamber (G) to the gas supply/discharge boat (13).
The refrigerant is discharged to the outside of the expander (1) through the refrigerant pipe (14), and then flows to the compressor and is sucked into it. Further, with this gas discharge, the gas pressure P in the expansion chamber (5) decreases (the same process from ■ to ■). Then, in the process in which the gas pressure P in the expansion chamber (5) decreases, the electromagnet (16) is again excited for 1 hour by the excitation circuit, and this electromagnet (
16) of the lower magnet (1) of the displacer (3).
5b) is attracted, and this suction force holds the displacer (3) fixed at the end of the upward stroke. Then, when the gas pressure P in the expansion chamber (5) reaches the lower limit, the excitation circuit de-energizes the electromagnet (16) and there is no attraction to the magnet (15b), causing the displacer (3) to expand under high pressure. The pressure decreases due to the pressure difference between the chamber (5) and the intermediate pressure chamber (7). This downward movement of the displacer (3) reduces the volume V of the expansion chamber (5), and the gas inside is further discharged to the outside of the expander (1) (step IV-1). With the above, one cycle of operation is completed, and the same operation as above is repeated thereafter.

このように膨張室(5)の吸気行程における圧力上昇時
及び膨張行程における圧力低下時には、電磁石(16)
の磁石(L5a) 、 (15b)の吸引によりディス
プレーサ(3)がストロークエンドに固定保持されるの
で、第2図に示すように、P−v線図の面積が増加して
冷凍機(A)のP−■図示能力を増大させることができ
る。
In this way, when the pressure of the expansion chamber (5) increases during the intake stroke and when the pressure decreases during the expansion stroke, the electromagnet (16)
Since the displacer (3) is fixedly held at the stroke end by the attraction of the magnets (L5a) and (15b), the area of the P-v diagram increases as shown in Fig. 2, and the area of the refrigerator (A) increases. It is possible to increase the P-■ diagramming ability of .

尚、上記実施例では、ディスプレーサ(3)側に1対の
磁石(15a) 、 (15b)を、シリンダ(2)側
に1つの電磁石(1B)をそれぞれ設けたが、第3図に
示すように、ディスプレーサ(3)側に1つの磁石(1
5) (又は磁心材料)を、シリンダ(2)側に上下1
対の電磁石(1[ia) 、 (lGb)をそれぞれ設
けてもよい。この場合、ディスプレーサ(3)が上昇ス
トロークエンドにあるときに磁石(15)が上側の電磁
石(i6a)に、ディスプレーサ(3)が下降ストロク
エンドにあるときに磁石(15)が下側の電磁石([O
b)にそれぞれ対応するように設定し、膨張室(5)の
ガス圧Pが上昇する行程(第2図でI−IIの行程)で
は、下側の電磁石(lBb)に通電してディスプレーサ
(3)が下降ストロークエンドから上昇移動しないよう
にし、一方、膨張室(5)のガス圧Pが低下する行程(
第2図でIII−IVの行程)では、上側の電磁石(1
6a)に通電してディスプレーサ(3)が上側ストロー
クエンドから下降移動しないようにすればよく、上記実
施例と同様の作用効果を奏することができる。
In the above embodiment, a pair of magnets (15a) and (15b) were provided on the displacer (3) side, and one electromagnet (1B) was provided on the cylinder (2) side, but as shown in FIG. , there is one magnet (1) on the displacer (3) side.
5) (or magnetic core material) on the cylinder (2) side
A pair of electromagnets (1[ia) and (lGb) may be provided, respectively. In this case, when the displacer (3) is at the end of its upward stroke, the magnet (15) is attached to the upper electromagnet (i6a), and when the displacer (3) is at the end of its downward stroke, the magnet (15) is attached to the lower electromagnet (i6a). [O
b), and in the stroke where the gas pressure P in the expansion chamber (5) rises (stroke I-II in Figure 2), the lower electromagnet (lBb) is energized and the displacer (lBb) is activated. 3) does not move upward from the end of the downward stroke, while the stroke (5) in which the gas pressure P in the expansion chamber (5) decreases
In the process III-IV in Figure 2), the upper electromagnet (1
6a) to prevent the displacer (3) from moving downward from the upper stroke end, and the same effects as in the above embodiment can be achieved.

第4図は本発明の他の実施例を示し、磁石(15)(又
は磁心材料)と電磁石(16)との吸引に代え、電磁石
同士の吸引力及び反発力を利用したものである。尚、第
1図と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な
説明は省略する。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention, in which the attraction and repulsion between the electromagnets are used instead of the attraction between the magnet (15) (or magnetic core material) and the electromagnet (16). Note that the same parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.

すなわち、この実施例では、ディスプレーサ(3′)の
小径部(3b ’ )上端には上端が中間圧室(7)に
臨むプランジャ部(3c’)が形成され、そのプランジ
ャ部(3c ’ )の上端にはディスプレーサ側7d磁
石(17)が移動一体に取り付けられている。
That is, in this embodiment, a plunger part (3c') whose upper end faces the intermediate pressure chamber (7) is formed at the upper end of the small diameter part (3b') of the displacer (3'). A displacer side 7d magnet (17) is movably attached to the upper end.

また、シリンダ(2)の小径部(2b)外周にはシリン
ダ側電磁石(18)が上記ディスプレーサ側電磁石(1
7)に対応して取り付けられている。そして、これらの
電磁石(17)、 (18)を膨張室(5)内のガス圧
Pが上昇する行程及び低下する行程でそれぞれいずれか
の電磁石(17)、 (18)に逆向きに電流を流して
励磁させることにより、百雷磁石<17)、 (1B)
間で吸引力又は反発力を作用させてディスプレーサ(3
′)をストロークエンドに保持するように構成されてい
る。
Further, a cylinder side electromagnet (18) is arranged on the outer periphery of the small diameter portion (2b) of the cylinder (2).
7). Then, a current is applied in the opposite direction to one of the electromagnets (17), (18) in the stroke in which the gas pressure P in the expansion chamber (5) increases and in the stroke in which it decreases, respectively. By excitation by flowing current, Hyakurai magnet <17), (1B)
The displacer (3
') at the stroke end.

したがって、この実施例の場合、ディスプレーサ(3′
)が下降ストロークエンドにあるときには、ディスプレ
ーサ側電磁石(17)がシリンダ側電磁石(18)に近
接しており、この状態からディスプレーサ(3′)が上
昇する行程では、両型磁石(17)、 (18)が通電
されて励磁され、この電磁石(17)、  (ill)
間の吸引力によりディスプレーサ(3′)が下降ストロ
ークエンドに固定保持される。
Therefore, in this embodiment, the displacer (3'
) is at the end of its downward stroke, the displacer-side electromagnet (17) is close to the cylinder-side electromagnet (18), and in the stroke of the displacer (3') rising from this state, both types of magnets (17), ( 18) is energized and excited, and this electromagnet (17), (ill)
The displacer (3') is fixedly held at the end of the downward stroke by the suction force between the two.

一方、ディスプレーサ(3′)が上昇ストロークエンド
にあるときには、ディスプレーサ側電磁石(17)とシ
リンダ側電磁石(18)とは離れており、この状態から
ディスプレーサ(3′)が下降する行程では、両型磁石
(17)、 (18)にそのうちの一方が逆向きの電流
となるように通電されて両型磁石(17)(18)が励
磁され、この電磁石(z7)、 (t8)間の反発力に
よりディスプレーサ(3′)が上昇ストロークエンドに
固定保持される。よって上記実施例と同様に冷凍機(A
′)のP−■図示能力を増大させることができる。
On the other hand, when the displacer (3') is at the end of its upward stroke, the displacer-side electromagnet (17) and the cylinder-side electromagnet (18) are separated from each other. The magnets (17) and (18) are energized so that one of them receives current in the opposite direction, and both magnets (17) and (18) are excited, and a repulsive force between the electromagnets (z7) and (t8) The displacer (3') is fixedly held at the end of the upward stroke. Therefore, similar to the above embodiment, the refrigerator (A
') can increase the P-■ illustrating ability.

尚、本発明は、ヘリウムガス以外のガスを冷媒ガスとす
る極低温冷凍機に対しても適用することができるのはい
うまでもない。
It goes without saying that the present invention can also be applied to cryogenic refrigerators that use gases other than helium gas as refrigerant gas.

(発明の効果) 以上の如く、請求項(1)記載の発明によると、膨張室
及び中間圧力室の圧力差によりディスプレーサをシリン
ダ内で往復動させるようにした極低温冷凍機において、
ディスプレーサに磁石又は磁心材料を、シリンダには該
磁石又は磁心材料を吸引する電磁石をそれぞれ設け、膨
張室の圧力上昇行程及び圧力低下行程でそれぞれ電磁石
を励磁させてディスプレーサをストロークエンドに固定
保持するようにしたことにより、膨張室の圧力が上昇し
又は低下した後に初めてその体積を増加又は減少させる
ことができ、よって極低温冷凍機のP−■図示能力を向
上させることができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the invention described in claim (1), in the cryogenic refrigerator in which the displacer is reciprocated within the cylinder due to the pressure difference between the expansion chamber and the intermediate pressure chamber,
The displacer is provided with a magnet or a magnetic core material, and the cylinder is provided with an electromagnet that attracts the magnet or magnetic core material, and the electromagnets are energized during the pressure increase stroke and pressure decrease stroke of the expansion chamber to fix and hold the displacer at the stroke end. By doing so, the volume of the expansion chamber can be increased or decreased only after the pressure of the expansion chamber has increased or decreased, and thus the P-■ display ability of the cryogenic refrigerator can be improved.

また、請求項(2)記載の発明によると、上記の極低温
冷凍機におけるディスプレーサ及びシリンダにそれぞれ
7は磁石を設け、膨張室の圧力上昇行程及び圧力低下行
程で、電磁石を励磁させて両型磁石の吸引力及び反発力
によりディスプレーサをストロークエンドに固定保持す
るようにしたことにより、同様に極低温冷凍機のP−■
図示能力の向上を図ることができる。
Further, according to the invention described in claim (2), magnets are provided in each of the displacer and the cylinder in the cryogenic refrigerator, and the electromagnets are excited during the pressure increase stroke and the pressure decrease stroke of the expansion chamber, so that both types of By fixing the displacer at the stroke end using the attractive and repulsive forces of the magnet, the P-
It is possible to improve the illustration ability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第3図は本発明の一実施例を示し、第1図は極
低温冷凍機を概略的に示す断面図、第2図はそのp−v
線図、第3図は変形例を示す第1図相当図である。第4
図は本発明の他の実施例における極低温冷凍機の断面図
である。 (A) 、 (A’ )・・・ヘリウム冷凍機、(1)
 、 (1’ )・・・膨張機、(2)・・・シリンダ
、(3) 、 (3’ )・・・ディスプレーサ、(3
a)、 (3a ’ )−大径部、(3b ) 。 (3b ’ )・・・小径部、(5)・・・膨張室、(
7)・・・中間圧室、(15)、 (15a) 、 (
15b)−・・磁石、(10)、 (lGa) 。 (IGb) 、  (17)、 (18)・・・電磁石
。 第3図 第4図 第2図
1 to 3 show one embodiment of the present invention, FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a cryogenic refrigerator, and FIG. 2 is a p-v
The diagram and FIG. 3 are equivalent to FIG. 1 showing a modification. Fourth
The figure is a sectional view of a cryogenic refrigerator in another embodiment of the present invention. (A), (A')...Helium refrigerator, (1)
, (1')...Expander, (2)...Cylinder, (3), (3')...Displacer, (3
a), (3a') - large diameter section, (3b). (3b')...small diameter part, (5)...expansion chamber, (
7)...Intermediate pressure chamber, (15), (15a), (
15b)--Magnet, (10), (lGa). (IGb), (17), (18)...Electromagnet. Figure 3 Figure 4 Figure 2

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)シリンダ(2)と、該シリンダ(2)内に往復動
可能に嵌装され、大径部(3a)及び小径部(3b)を
有するディスプレーサ(3)と、該ディスプレーサ(3
)の大径部(3a)により区画形成された膨張室(5)
と、ディスプレーサ(3)の小径部(3b)により区画
形成され、所定の中間圧力を有する中間圧室(7)とを
備え、圧縮機から供給された冷媒ガスをシリンダ(2)
内の膨張室(5)に給排して、その膨張室(5)と中間
圧室(7)との圧力差によりディスプレーサ(3)を往
復動させるとともに、膨張室(5)での冷媒ガスの膨張
によりシリンダ(2)の下部に極低温レベルの寒冷を発
生させるようにした極低温冷凍機において、上記ディス
プレーサ(3)には磁石(15)又は磁心材料が設けら
れている一方、シリンダ(2)には上記膨張室(5)の
ガス圧が上昇する行程及び低下する行程でそれぞれ励磁
により上記磁石(15)又は磁心材料を吸引してディス
プレーサ(3)をストロークエンドに固定保持する電磁
石(16)が設けられていることを特徴とする極低温冷
凍機。
(1) A cylinder (2), a displacer (3) that is reciprocatably fitted into the cylinder (2) and has a large diameter portion (3a) and a small diameter portion (3b), and the displacer (3).
) expansion chamber (5) defined by the large diameter portion (3a) of the
and an intermediate pressure chamber (7) defined by the small diameter portion (3b) of the displacer (3) and having a predetermined intermediate pressure, the refrigerant gas supplied from the compressor is transferred to the cylinder (2).
The displacer (3) is reciprocated by the pressure difference between the expansion chamber (5) and the intermediate pressure chamber (7), and the refrigerant gas in the expansion chamber (5) is In the cryogenic refrigerator, the displacer (3) is provided with a magnet (15) or a magnetic core material, while the displacer (3) is provided with a magnet (15) or a magnetic core material. 2) includes an electromagnet (2) which attracts the magnet (15) or the magnetic core material by energization during the stroke in which the gas pressure in the expansion chamber (5) increases and in the stroke in which it decreases, thereby fixing and holding the displacer (3) at the stroke end. 16) A cryogenic refrigerator characterized by being provided with.
(2)シリンダ(2)と、該シリンダ(2)内に往復動
可能に嵌装され、大径部(3a)及び小径部(3b)を
有するディスプレーサ(3)と、該ディスプレーサ(3
)の大径部(3a)により区画形成された膨張室(5)
と、ディスプレーサ(3)の小径部(3b)により区画
形成され、所定の中間圧力を有する中間圧室(7)とを
備え、圧縮機から供給された冷媒ガスをシリンダ(2)
内の膨張室(5)に給排して、その膨張室(5)と中間
圧室(7)との圧力差によりディスプレーサ(3)を往
復動させるとともに、膨張室(5)での冷媒ガスの膨張
によりシリンダ(2)の下部に極低温レベルの寒冷を発
生させるようにした極低温冷凍機において、上記シリン
ダ(2)及びディスプレーサ(3)にはそれぞれ電磁石
(17)、(18)が設けられており、両電磁石(17
)、(18)は上記膨張室(5)のガス圧が上昇する行
程及び低下する行程で励磁により互いに吸引し又は反発
してディスプレーサ(3)をストロークエンドに保持す
るように構成されていることを特徴とする極低温冷凍機
(2) A cylinder (2), a displacer (3) fitted reciprocally into the cylinder (2) and having a large diameter portion (3a) and a small diameter portion (3b), and the displacer (3).
) expansion chamber (5) defined by the large diameter portion (3a) of the
and an intermediate pressure chamber (7) defined by the small diameter portion (3b) of the displacer (3) and having a predetermined intermediate pressure, the refrigerant gas supplied from the compressor is transferred to the cylinder (2).
The displacer (3) is reciprocated by the pressure difference between the expansion chamber (5) and the intermediate pressure chamber (7), and the refrigerant gas in the expansion chamber (5) is In the cryogenic refrigerator, the cylinder (2) and the displacer (3) are respectively provided with electromagnets (17) and (18). Both electromagnets (17
) and (18) are configured to attract or repel each other through excitation during the stroke in which the gas pressure in the expansion chamber (5) increases and in the stroke in which it decreases, thereby holding the displacer (3) at the stroke end. A cryogenic refrigerator featuring
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